Kung ikukumpara sa radial flux motors, ang axial flux motors ay may maraming pakinabang sa disenyo ng electric vehicle. Halimbawa, maaaring baguhin ng axial flux motors ang disenyo ng powertrain sa pamamagitan ng paglipat ng motor mula sa axle patungo sa loob ng mga gulong.
1.Axis ng kapangyarihan
Axial flux motorsay tumatanggap ng pagtaas ng atensyon (makakuha ng traksyon). Sa loob ng maraming taon, ang ganitong uri ng motor ay ginagamit sa mga nakatigil na aplikasyon tulad ng mga elevator at makinarya sa agrikultura, ngunit sa nakalipas na dekada, maraming mga developer ang nagsusumikap upang mapabuti ang teknolohiyang ito at ilapat ito sa mga de-koryenteng motorsiklo, mga airport pod, mga trak ng kargamento, mga de-kuryenteng. sasakyan, at maging mga eroplano.
Ang mga tradisyunal na radial flux motor ay gumagamit ng mga permanenteng magnet o induction motor, na gumawa ng makabuluhang pag-unlad sa pag-optimize ng timbang at gastos. Gayunpaman, nahaharap sila sa maraming mga paghihirap sa patuloy na pag-unlad. Ang axial flux, isang ganap na kakaibang uri ng motor, ay maaaring isang magandang alternatibo.
Kung ikukumpara sa radial motors, ang epektibong magnetic surface area ng axial flux permanent magnet motors ay ang ibabaw ng motor rotor, hindi ang panlabas na diameter. Samakatuwid, sa isang tiyak na dami ng motor, ang axial flux permanent magnet na motor ay kadalasang maaaring magbigay ng mas malaking metalikang kuwintas.
Axial flux motorsay mas compact; Kung ikukumpara sa radial motors, ang axial length ng motor ay mas maikli. Para sa mga panloob na motor ng gulong, ito ay madalas na isang mahalagang kadahilanan. Tinitiyak ng compact na istraktura ng axial motors ang mas mataas na power density at torque density kaysa sa mga katulad na radial motors, kaya inaalis ang pangangailangan para sa napakataas na bilis ng pagpapatakbo.
Ang kahusayan ng axial flux motors ay napakataas din, kadalasang lumalampas sa 96%. Ito ay salamat sa mas maikli, isang dimensional na flux path, na maihahambing o mas mataas pa sa kahusayan kumpara sa pinakamahusay na 2D radial flux motor sa merkado.
Ang haba ng motor ay mas maikli, karaniwang 5 hanggang 8 beses na mas maikli, at ang timbang ay nababawasan din ng 2 hanggang 5 beses. Binago ng dalawang salik na ito ang pagpili ng mga designer ng platform ng de-kuryenteng sasakyan.
2. Axial flux na teknolohiya
Mayroong dalawang pangunahing topologies para saaxial flux motors: dual rotor single stator (minsan tinutukoy bilang torus style machine) at single rotor dual stator.
Sa kasalukuyan, karamihan sa mga permanenteng magnet na motor ay gumagamit ng radial flux topology. Ang magnetic flux circuit ay nagsisimula sa isang permanenteng magnet sa rotor, dumadaan sa unang ngipin sa stator, at pagkatapos ay dumadaloy nang radially sa stator. Pagkatapos ay dumaan sa pangalawang ngipin upang maabot ang pangalawang magnetic steel sa rotor. Sa isang dual rotor axial flux topology, ang flux loop ay nagsisimula mula sa unang magnet, pumasa sa axial sa pamamagitan ng stator teeth, at agad na umabot sa pangalawang magnet.
Nangangahulugan ito na ang landas ng flux ay mas maikli kaysa sa mga motor ng radial flux, na nagreresulta sa mas maliliit na volume ng motor, mas mataas na density ng kuryente at kahusayan sa parehong kapangyarihan.
Isang radial motor, kung saan ang magnetic flux ay dumadaan sa unang ngipin at pagkatapos ay bumalik sa susunod na ngipin sa pamamagitan ng stator, na umaabot sa magnet. Ang magnetic flux ay sumusunod sa isang two-dimensional na landas.
Ang magnetic flux path ng isang axial magnetic flux machine ay one-dimensional, kaya maaaring gamitin ang grain oriented electrical steel. Ang bakal na ito ay ginagawang mas madali para sa pagkilos ng bagay na dumaan, sa gayon ay nagpapabuti ng kahusayan.
Ang mga radial flux motor ay tradisyonal na gumagamit ng mga distributed windings, na hanggang kalahati ng mga winding end ay hindi gumagana. Ang coil overhang ay magreresulta sa karagdagang timbang, gastos, electrical resistance, at higit pang pagkawala ng init, na pumipilit sa mga designer na pahusayin ang paikot-ikot na disenyo.
Nagtatapos ang coil ngaxial flux motorsay mas kaunti, at ang ilang mga disenyo ay gumagamit ng puro o naka-segment na mga paikot-ikot, na ganap na epektibo. Para sa mga naka-segment na stator radial machine, ang rupture ng magnetic flux path sa stator ay maaaring magdulot ng karagdagang pagkalugi, ngunit para sa axial flux motors, hindi ito problema. Ang disenyo ng coil winding ay ang susi sa pagkilala sa antas ng mga supplier.
3. Pag-unlad
Ang mga axial flux motor ay nahaharap sa ilang malubhang hamon sa disenyo at produksyon, sa kabila ng kanilang mga teknolohikal na pakinabang, ang kanilang mga gastos ay mas mataas kaysa sa mga radial na motor. Ang mga tao ay may lubos na masusing pag-unawa sa mga radial na motor, at ang mga pamamaraan ng pagmamanupaktura at mekanikal na kagamitan ay madaling magagamit din.
Isa sa mga pangunahing hamon ng axial flux motors ay ang pagpapanatili ng pare-parehong air gap sa pagitan ng rotor at stator, dahil ang magnetic force ay mas malaki kaysa sa radial motors, na nagpapahirap sa pagpapanatili ng pare-parehong air gap. Ang dual rotor axial flux motor ay mayroon ding mga isyu sa pagwawaldas ng init, dahil ang paikot-ikot ay matatagpuan sa loob ng stator at sa pagitan ng dalawang rotor disc, na nagpapahirap sa pagwawaldas ng init.
Ang axial flux motors ay mahirap ding gawin sa maraming dahilan. Ang dual rotor machine na gumagamit ng dual rotor machine na may topology ng yokes (ibig sabihin, inaalis ang iron yoke mula sa stator ngunit pinapanatili ang mga bakal na ngipin) ay nagtagumpay sa ilan sa mga problemang ito nang hindi lumalawak ang motor diameter at magnet.
Gayunpaman, ang pag-alis ng pamatok ay nagdudulot ng mga bagong hamon, tulad ng kung paano ayusin at iposisyon ang mga indibidwal na ngipin nang walang mekanikal na koneksyon sa pamatok. Ang paglamig ay isa ring mas malaking hamon.
Mahirap ding gumawa ng rotor at mapanatili ang air gap, dahil ang rotor disc ay umaakit sa rotor. Ang kalamangan ay ang mga rotor disc ay direktang konektado sa pamamagitan ng isang baras na singsing, kaya ang mga puwersa ay kanselahin ang bawat isa. Nangangahulugan ito na ang panloob na tindig ay hindi makatiis sa mga puwersang ito, at ang tanging tungkulin nito ay panatilihin ang stator sa gitnang posisyon sa pagitan ng dalawang rotor disc.
Ang double stator single rotor motors ay hindi nahaharap sa mga hamon ng circular motors, ngunit ang disenyo ng stator ay mas kumplikado at mahirap na makamit ang automation, at ang mga kaugnay na gastos ay mataas din. Hindi tulad ng anumang tradisyunal na radial flux motor, ang mga proseso ng pagmamanupaktura ng axial motor at mekanikal na kagamitan ay kamakailan lamang ay lumitaw.
4. Paglalapat ng mga de-kuryenteng sasakyan
Ang pagiging maaasahan ay mahalaga sa industriya ng automotive, at nagpapatunay sa pagiging maaasahan at katatagan ng ibaaxial flux motorsupang kumbinsihin ang mga tagagawa na ang mga motor na ito ay angkop para sa mass production ay palaging isang hamon. Nag-udyok ito sa mga supplier ng axial motor na magsagawa ng malawak na mga programa sa pagpapatunay nang mag-isa, kung saan ipinapakita ng bawat supplier na ang pagiging maaasahan ng kanilang motor ay hindi naiiba sa tradisyonal na radial flux na mga motor.
Ang tanging sangkap na maaaring masira sa isangaxial flux motoray ang mga bearings. Ang haba ng axial magnetic flux ay medyo maikli, at ang posisyon ng mga bearings ay mas malapit, kadalasang idinisenyo upang maging bahagyang "over dimensioned". Sa kabutihang palad, ang axial flux motor ay may mas maliit na rotor mass at maaaring makatiis ng mas mababang rotor dynamic shaft load. Samakatuwid, ang aktwal na puwersa na inilapat sa mga bearings ay mas maliit kaysa sa radial flux motor.
Ang electronic axle ay isa sa mga unang aplikasyon ng axial motors. Ang mas manipis na lapad ay maaaring i-encapsulate ang motor at gearbox sa axle. Sa mga hybrid na aplikasyon, ang mas maikling haba ng axial ng motor naman ay nagpapaikli sa kabuuang haba ng transmission system.
Ang susunod na hakbang ay ang pag-install ng axial motor sa gulong. Sa ganitong paraan, ang kapangyarihan ay maaaring direktang maipadala mula sa motor patungo sa mga gulong, na nagpapabuti sa kahusayan ng motor. Dahil sa pag-aalis ng mga transmissions, differentials, at driveshafts, ang pagiging kumplikado ng system ay nabawasan din.
Gayunpaman, tila hindi pa lumilitaw ang mga karaniwang pagsasaayos. Ang bawat orihinal na tagagawa ng kagamitan ay nagsasaliksik ng mga partikular na pagsasaayos, dahil ang iba't ibang laki at hugis ng mga axial motor ay maaaring magbago sa disenyo ng mga de-kuryenteng sasakyan. Kung ikukumpara sa radial motors, ang axial motors ay may mas mataas na power density, na nangangahulugang mas maliit na axial motors ang maaaring gamitin. Nagbibigay ito ng mga bagong opsyon sa disenyo para sa mga platform ng sasakyan, gaya ng paglalagay ng mga battery pack.
4.1 Segmented armature
Ang YASA (Yokaless and Segmented Armature) motor topology ay isang halimbawa ng isang dual rotor single stator topology, na nagpapababa sa pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura at angkop para sa automated na mass production. Ang mga motor na ito ay may power density na hanggang 10 kW/kg sa bilis na 2000 hanggang 9000 rpm.
Gamit ang isang dedikadong controller, maaari itong magbigay ng kasalukuyang 200 kVA para sa motor. Ang controller ay may volume na humigit-kumulang 5 litro at tumitimbang ng 5.8 kilo, kabilang ang thermal management na may dielectric oil cooling, na angkop para sa axial flux motors pati na rin sa induction at radial flux motors.
Nagbibigay-daan ito sa mga tagagawa ng orihinal na kagamitan ng de-kuryenteng sasakyan at mga developer ng unang antas na madaling pumili ng naaangkop na motor batay sa aplikasyon at magagamit na espasyo. Ang mas maliit na sukat at timbang ay ginagawang mas magaan ang sasakyan at magkaroon ng mas maraming baterya, at sa gayon ay tumataas ang boost ng range.
5. Paglalapat ng mga de-kuryenteng motorsiklo
Para sa mga de-kuryenteng motorsiklo at ATV, ang ilang kumpanya ay nakabuo ng AC axial flux motor. Ang karaniwang ginagamit na disenyo para sa ganitong uri ng sasakyan ay ang mga disenyo ng axial flux na batay sa DC brush, habang ang bagong produkto ay isang AC, na ganap na selyadong brushless na disenyo.
Ang mga coil ng parehong DC at AC na motor ay nananatiling nakatigil, ngunit ang dalawahang rotor ay gumagamit ng mga permanenteng magnet sa halip na umiikot na mga armature. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay hindi ito nangangailangan ng mekanikal na pagbabalik.
Ang disenyo ng AC axial ay maaari ding gumamit ng karaniwang three-phase AC motor controllers para sa radial motors. Nakakatulong ito upang mabawasan ang mga gastos, dahil kinokontrol ng controller ang kasalukuyang metalikang kuwintas, hindi ang bilis. Ang controller ay nangangailangan ng dalas na 12 kHz o mas mataas, na siyang pangunahing dalas ng mga naturang device.
Ang mas mataas na frequency ay nagmumula sa mas mababang winding inductance na 20 µ H. Ang frequency ay maaaring kontrolin ang kasalukuyang upang mabawasan ang kasalukuyang ripple at matiyak ang isang sinusoidal signal bilang makinis hangga't maaari. Mula sa isang dynamic na pananaw, ito ay isang mahusay na paraan upang makamit ang mas malinaw na kontrol ng motor sa pamamagitan ng pagpapahintulot para sa mabilis na pagbabago ng torque.
Ang disenyong ito ay gumagamit ng isang distributed double-layer winding, kaya ang magnetic flux ay dumadaloy mula sa rotor patungo sa isa pang rotor sa pamamagitan ng stator, na may napakaikling landas at mas mataas na kahusayan.
Ang susi sa disenyong ito ay maaari itong gumana sa maximum na boltahe na 60 V at hindi angkop para sa mas mataas na sistema ng boltahe. Samakatuwid, maaari itong gamitin para sa mga de-kuryenteng motorsiklo at L7e class na apat na gulong na sasakyan tulad ng Renault Twizy.
Ang maximum na boltahe na 60 V ay nagbibigay-daan sa motor na maisama sa pangunahing 48 V na mga de-koryenteng sistema at pinapasimple ang maintenance work.
Ang mga pagtutukoy ng L7e na four-wheel na motorsiklo sa European Framework Regulation 2002/24/EC ay nagsasaad na ang bigat ng mga sasakyang ginagamit para sa pagdadala ng mga kalakal ay hindi lalampas sa 600 kilo, hindi kasama ang bigat ng mga baterya. Ang mga sasakyang ito ay pinapayagang magdala ng hindi hihigit sa 200 kilo ng mga pasahero, hindi hihigit sa 1000 kilo ng kargamento, at hindi hihigit sa 15 kilowatts ng engine power. Ang distributed winding method ay maaaring magbigay ng torque na 75-100 Nm, na may peak output power na 20-25 kW at tuloy-tuloy na power na 15 kW.
Ang hamon ng axial flux ay nakasalalay sa kung paano nagwawaldas ng init ang mga windings ng tanso, na mahirap dahil ang init ay dapat dumaan sa rotor. Ang distributed winding ay ang susi sa paglutas ng problemang ito, dahil mayroon itong malaking bilang ng mga puwang ng poste. Sa ganitong paraan, mayroong isang mas malaking lugar sa ibabaw sa pagitan ng tanso at ng shell, at ang init ay maaaring ilipat sa labas at ilalabas ng isang karaniwang sistema ng paglamig ng likido.
Maramihang mga magnetic pole ang susi sa paggamit ng mga sinusoidal wave form, na tumutulong na mabawasan ang mga harmonika. Ang mga harmonika na ito ay ipinakita bilang pag-init ng mga magnet at core, habang ang mga bahagi ng tanso ay hindi maaaring mag-alis ng init. Kapag naipon ang init sa mga magnet at iron core, bumababa ang kahusayan, kaya naman ang pag-optimize sa waveform at heat path ay mahalaga para sa performance ng motor.
Ang disenyo ng motor ay na-optimize upang mabawasan ang mga gastos at makamit ang automated mass production. Ang isang extruded housing ring ay hindi nangangailangan ng kumplikadong mekanikal na pagproseso at maaaring mabawasan ang mga gastos sa materyal. Ang coil ay maaaring direktang sugat at isang proseso ng pagbubuklod ay ginagamit sa panahon ng proseso ng paikot-ikot upang mapanatili ang tamang hugis ng pagpupulong.
Ang pangunahing punto ay ang coil ay gawa sa karaniwang kawad na magagamit sa komersyo, habang ang iron core ay nakalamina na may standard na inalis ang shelf transformer steel, na kailangan lamang na gupitin sa hugis. Ang ibang mga disenyo ng motor ay nangangailangan ng paggamit ng malambot na magnetic na materyales sa core lamination, na maaaring mas mahal.
Ang paggamit ng distributed windings ay nangangahulugan na ang magnetic steel ay hindi kailangang i-segment; Maaari silang maging mas simpleng mga hugis at mas madaling gawin. Ang pagbabawas ng laki ng magnetic steel at pagtiyak sa kadalian ng pagmamanupaktura nito ay may malaking epekto sa pagbabawas ng mga gastos.
Ang disenyo ng axial flux motor na ito ay maaari ding ipasadya ayon sa mga kinakailangan ng customer. Ang mga customer ay may mga customized na bersyon na binuo sa paligid ng pangunahing disenyo. Pagkatapos ay ginawa sa isang pagsubok na linya ng produksyon para sa maagang pag-verify ng produksyon, na maaaring kopyahin sa iba pang mga pabrika.
Ang pagpapasadya ay higit sa lahat dahil ang pagganap ng sasakyan ay nakasalalay hindi lamang sa disenyo ng axial magnetic flux motor, kundi pati na rin sa kalidad ng istraktura ng sasakyan, baterya pack, at BMS.
Oras ng post: Set-28-2023
